總結一顆ARM架構芯片軟硬件組成  來源:http://www.vietlogon.com/

ARM是微處理器行業的一家知名企業，設計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關技術及軟件，適用于多種領域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應用等。

　　2016年7月27日，公司發財報顯示，第二季度稅前利潤為1.301億英鎊（約合1.71億美元），同比增長5%。在2016年9月，ARM以240億英鎊的價格被軟銀收購。

　　盡管被收購，但我們不容錯過ARM芯片系列！硬件和軟件是一顆ARM架構芯片互相依存的兩大部分，本文總結了一顆芯片的軟硬件組成，以作為對芯片的入門級概括吧！

　　硬件方面

　　主控CPU：運算和控制核心。基帶芯片基本構架采用微處理器+數字信號處理器（DSP）的結構，微處理器是整顆芯片的控制中心，會運行一個實時嵌入式操作系統（如Nucleus PLUS），DSP子系統負責基帶處理。應用處理器則可能包括多顆微處理器，還有GPU。微處理器是ARM的不同系列的產品（也可以是x86架構），可以是64位或者32位。處理器內部通過“內部總線”將CPU所有單元相連，其位寬可以是8-64位。

　　總線：計算機的總線按功能可以劃分為數據總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數據、數據地址和控制信號。CPU內部部件由內部總線互聯，外部總線則是CPU、內存、輸入、輸出設備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過總線相連接。外部設備通過相應的接口電路再與外部總線相連接，從而形成了硬件系統。外部總線通過總線接口單元BLU與CPU內部相連。

　　片上總線標準高級微控制器總線結構AMBA定義了高性能嵌入式微控制器的通信標準。定義了三組總線：AHB（AMBA高性能總線）、ASB（AMBA系統總線）、和APB（AMBA外設總線）。

　　AHB總線用于高性能、高時鐘工作頻率模塊。AHB為高性能處理器、片上內存、片外內存提供接口，同時橋接慢速外設。DMA、DSP、主存等連在AHB上。ASB總線主要用于高性能系統模塊。

　　ASB是可用于AHB不需要的高性能特性的芯片設計上可選的系統總線。APB總線用于為慢速外設提供總線技術支持。

　　APB是一種優化的，低功耗的，精簡接口總線，可以支持多種不同慢速外設。由于APB是ARM公司最早提出的總線接口，APB可以橋接ARM體系下每一種系統總線。

　　外設I/O端口和擴展總線：GPIO通用端口、UART串口、I2C、SPI 、SDIO、USB等，CPU和外擴的芯片、設備以及兩顆CPU之間（如基帶處理器和應用處理器之間）進行通信的接口。一般來說，芯片都會支持多種接口，并設計通用的軟件驅動平臺驅動。

　　存儲部件和存儲管理設備：Rom、Ram、Flash及控制器。處理器系統中可能包含多種類型的存儲部件，如Flash、SRAM、SDRAM、ROM以及用于提高系統性能的Cache等等，不同的芯片會采用不同的存儲控制組合。參見博文”arm架構的芯片memory及智能機存儲部件簡述“

　　外設： 電源和功耗管理、復位電路和watchdog定時復位電路（前者是系統上電運行、后者是Reset或者超時出錯運行）、時鐘和計數器、中斷控制器、DMA、 輸入/輸出（如鍵盤、顯示器等）、攝像頭等。

　　一顆ARM9架構芯片主控器及外圍硬件設備組成如下圖所示：

　　軟件方面

　　芯片上的軟件主要包括Boot代碼、操作系統、應用程序以及硬件的firmware。

　　Boot程序引導設備的啟動，是設備加電后在操作系統內核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖，從而將系統的軟硬件環境帶到一個合適的狀態，以便為最終調用操作系統內核準備好正確的環境。

　　操作系統（英語：OperaTIng System，簡稱OS）是管理和控制計算機硬件與軟件資源的計算機程序，其五大管理功能是：

　　1處理器管理，主要包括進程的控制、同步、通信和調度。

　　2存儲器管理，主要包括內存的分配、保護和擴充，地址映射。

　　3設備管理，主要包括設備的分配、處理等。

　　4文件管理，主要包括文件的存儲空間管理，目錄管理，文件的讀寫和保護。

　　5作業管理，主要包括任務、界面管理，人機交互，語音控制和虛擬現實等。

　　應用處理器上的操作系統有Android、IOS等，不必多說;基帶處理器上則會運行一個RTOS（如Nucleus PLUS）管理整個基帶系統上的任務和部件間的通信。

　　應用程序是為了完成某項或某幾項特定任務而被開發運行于操作系統之上的程序。應用處理器上，結合操作系統API和庫函數，用戶可以開發各色應用程序;基帶處理器上則一般只有少量必要的軟件支持。

　　硬件firmware則是簡化軟件與硬件的交互，讓硬件操縱起來更容易。

　　再來看看ARM處理器系列

　　ARM微處理器包括下面幾個系列，以及其它廠商基于 ARM 體系結構的處理器，除了具有ARM 體系結構的共同特點以外，每一個系列的 ARM 微處理器都有各自的特點和應用領域。

　　ARM7系列

　　ARM7 系列微處理器為低功耗的 32 位 RISC 處理器，最適合用于對價位和功耗要求較高的消費類應用。

　　ARM9系列

　　ARM9 系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。

　　ARM9E系列

　　ARM9E 系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內核提供了微控制器、 DSP 、 Java應用系統的解決方案，極大的減少了芯片的面積和系統的復雜程度。 ARM9E 系列微處理器提供了增強的 DSP 處理能力，很適合于那些需要同時使用 DSP 和微控制器的應用場合。

　　ARM10E系列

　　ARM10E 系列微處理器具有高性能、低功耗的特點，由于采用了新的體系結構，與同等的 ARM9器件相比較，在同樣的時鐘頻率下，性能提高了近 50 %，同時， ARM10E 系列微處理器采用了兩種先進的節能方式，使其功耗極低。

　　SecurCore系列

　　SecurCore 系列微處理器專為安全需要而設計，提供了完善的 32 位 RISC 技術的安全解決方案，因此， SecurCore 系列微處理器除了具有 ARM 體系結構的低功耗、高性能的特點外，還具有其獨特的優勢，即提供了對安全解決方案的支持。

　　Intel 的Xscale、StrongARM

　　Intel StrongARM SA-1100 處理器是采用 ARM 體系結構高度集成的 32 位 RISC 微處理器。它融合了 Intel 公司的設計和處理技術以及 ARM 體系結構的電源效率，采用在軟件上兼容 ARMv4 體系結構、同時采用具有 Intel 技術優點的體系結構。

　　其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應用領域的需求， 而SecurCore 系列專門為安全要求較高的應用而設計。